国际政治、经济形势风云变幻,诸多争端涉及能源争夺以及能源产业带来的利益问题,因此能源领域的发展始终是国际环境中不可忽视的重要话题。陆地资源开发利用渐渐饱和,占据地球面积七成以上的海洋成为人们讨论和涉足的热点。海洋资源,尤其是海洋可再生能源,开始成为目前能源话语体系中研究人员的宠儿,其中,又以潮流能的开发利用为主流趋势。各个能源大国——包括中国——对于潮流能的研究开始进入井喷阶段,各种装备形态、传动样式层出不穷,引发科研学术界的充分讨论,但终究与成熟的大规模应用相差临门一脚。在这种“乱花渐欲迷人眼”的环境中,对于新型潮流利用装置的设计、优化和示范应用的研究,则成为不可避免的课题。因此,如何突破目前潮流能利用的桎梏、进一步推动潮流利用装置的性能发展,则成为本次毕业论文的布局理念和关键问题。本文以完善现有潮流捕获装置、提升潮流发电设备单机性能为目的,采取增加叶轮级数的思路,借鉴传统水轮机设计理念以及仿真与实践经验,提出一种多级叶轮潮流发电装置,并从微观、宏观层面对各个叶轮要素进行研究,通过软件模拟和样机实验对装置可行性和有效性进行了验证;首先,为了填补目前文献综述、市场调研的空白,不仅对潮流发电装置的研究历史进行介绍,还对近几年国内、国际潮流能领域的最新研究成果进行阐述,指出潮流能水轮机的研究处于爬升阶段,还需该领域内研究人员的进一步探索;其次,为了使得叶轮设计与优化拥有充分、完备的支撑逻辑,对潮流水轮机设计领域涉及的叶轮设计基本理论与方法进行了介绍,包括翼型理论、动量-叶素理论以及更进一步地通过积分计算推导的叶片极限性能分析理论;对浪、流联合作用下的水轮机受力及能量叠加情况进行数值计算。在叶片极限性能分析中,包括水轮机功率性能、转矩性能、升力性能和推力性能。在前人研究的基础上进行了更深入和详尽的阐述,加入更具有延展性的应用性的计算推导,可以为后续翼型优化、叶片设计和叶轮设计提供理论支撑;进而,对新型多级叶轮潮流发电装置设计过程进行详细介绍,从整机结构、翼型优化、叶片结构设计、多级叶轮结构设计以及固定桩设计等方面进行分别阐述,通过经典理论计算、计算流体力学分析、有限元数值模拟等方法,对主要部件的结构参数进行设计和确定,最终形成整机设备。以上过程中,介绍了翼型尾缘弯曲程度对翼型水动力性能产生的影响,并设置最优弯角15°以生成叶片,进一步对叶片数目、叶轮级数进行研究,确定5叶片、3级叶轮,而后确定各级叶轮最佳间距,从而完成对叶轮的优化设计;然后,对前文设计完成的叶轮进行水动力学分析,利用ANSYS Workbench中Fluent流体仿真模块进行模型建立、网格划分、求解和结果处理。对多级叶轮不同时间步的瞬态旋转域速度变化、计算域速度变化、不同截面压力分布情况进行展示,分析新型叶轮的仿真表现,验证了设计出发点正确性和有效性;最后,通过设计翼型优化实验、叶片优化实验、多级叶轮样机实验以及多级获能潮流发电装置整机海上实验验证前文所述优化设计的准确性,提升本文研究结果的可信性。并通过实验过程中的平台搭建、电气设计、数据采集等手段,为潮流能发电领域内的实验方法和流程设计提供参考。